| Comfie : Un moteur de simulation thermique dynamique multi-zone, rapide et validé |
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La simulation thermique dynamique par PLEIADES + COMFIE utilise le moteur de calcul Comfie, développé par le Centre d’Energétique de l’Ecole des Mines de Paris depuis les années 80. Comfie est un outil d’analyse dynamique, basé sur un modèle aux différences finies multi-zone réduit par analyse modale. Il a été validé par comparaison sur des bancs d’essai et avec des cellules test.
Cette approche, physiquement très rigoureuse permet d’évaluer avec précision l’influence de l’inertie et des apports sur les consommations hivernales et sur le confort d’été : un niveau d’analyse indispensable pour la conception de bâtiments à basse consommation et haut niveau de confort!
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| Un outil de simulation en régime dynamique |
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Dans l’analyse thermique du bâtiment, l’approche dynamique est nécessaire pour modéliser avec précision le stockage de chaleur. Comfie réalise un calcul dynamique sur un pas de temps horaire, fournissant 8760 résultats par an.
Là où les outils de bilan thermique statiques ne peuvent qu’approcher par un taux de récupération forfaitaire la part des apports récupérés, Comfie simule de façon complète l’interaction entre l’inertie du bâtiment et les apports internes et solaires.
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| Constitution automatique d’un modèle aux différences finies |
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De manière transparente pour l’utilisateur, le projet est décomposé en mailles sur lesquelles un bilan thermique est écrit en supposant la température uniforme. Les parois sont "auscultées" pour déterminer le nombre de mailles et leur disposition et une maille caractérise l’ambiance intérieure de chaque zone thermique.
Les caractéristiques complètes des matériaux constitutifs des parois sont ainsi valorisées dans le calcul : conductivité, capacité thermique et masse volumique. Les matériaux à changement de phase peuvent également être modélisés.
Ce maillage automatique permet de s’approcher du meilleur compromis entre la finesse du résultat et le temps de calcul. Avec l’évolution des performances des ordinateurs, la finesse du calcul est régulièrement améliorée.
Les parois ne sont pas prises en compte uniquement par leur coefficient de conductivité (U) et par une classe d’inertie (légère, moyenne, lourde) mais par la simulation détaillée des échanges thermiques à l’intérieur des différents constituants des parois.
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| Un véritable modèle multi-zones |
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Les modèles de chaque zone thermique sont couplés, afin de constituer un modèle global du bâtiment, il est pour cela nécessaire de saisir les parois internes séparant les différentes zones.
Comfie prend en compte les échanges thermiques entre zones.
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| Une rapidité de calcul inégalée |
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Chaque modèle de zone est réduit par analyse modale. Cette simplification permet de ne calculer en régime dynamique que les modes les plus représentatifs de l’évolution dynamique des composants (murs, planchers…) ou des sollicitations (variations d’ensoleillement, puissance de chauffage régulée…).
Comme pour le maillage, c’est le compromis entre la finesse du résultat et le temps de calcul qui a fait évoluer le nombre de constantes de temps conservées, afin de s’adapter à la puissance des machines. 10 constantes de temps sont conservées dans la version actuelle de Comfie, contre 3 constantes seulement dans les premières versions du moteur.
Pour l’utilisateur muni d’un ordinateur récent, le temps de calcul est inférieur à une minute pour la plupart des projets. Il peut atteindre quelques minutes pour des projets très importants.
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| Validation de la méthode de calcul Comfie |
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La méthode de calcul Comfie a passé avec succès plusieurs types de validation :
Comparaisons par rapport à des mesures
- comparaison aux mesures des maisons expérimentales à basse consommation énergétique de la plate-forme INCAS de l'INES au Bourget du Lac
- comparaison aux mesures de la cellule test au CEN de Cadarache (programme PASSYS)
- comparaison aux mesures de la cellule test de l’EMPA à Dübendorf en Suisse
Comparaisons inter-modèles, dans le cadre de bancs d’essais de logiciels
- banc d’essai en multizone, agence internationale de l’énergie
- procédure « Bestest » définie dans la norme ANSI/ASHRAE 140-2001
Pour plus de détails sur les études de validation menées sur Comfie, vous pouvez consulter la publication suivante : Bancs d’essais de logiciels de simulation thermique, Bruno Peuportier.
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